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前言
今天我們來認識一下Spring IOC容器，本文主要介紹SpringIOC容器的核心要點以及其啓動流程和實例化流程。
項目環境
Springframework 4.3.12
核心要點
Spring IOC是什麼？他有什麼作用呢？我們通過了解學習，Spring IOC是一個容器，用於生成和管理Bean的實例，以及實例之間的依賴關係，然後注入相關的依賴。這裏我們可以把IOC容器想象成一個餐館。我們去餐館點菜的話，不需要關心菜的生成過程，不需要關心菜的原材料從哪裏來。我們只需要最終做好的菜。這裏的菜就是我們的需要的Bean。不同的菜對應不同的Bean。沒有IOC 容器的情況下，如果需要一個Bean的話，就需要自己來new一個對象的實例，比如A類依賴了B類，那麼就需要在A類中new一個B類的實例對象，這就好像我們要自己在家動手做菜一樣。有了IOC容器之後，如果A類依賴B類，只需要通過IOC容器幫我們創建A類的實例和B類的實例，然後IOC容器會將B類的實例注入到A類中。這就很像餐館把菜做好之後送給我們一樣。既然IOC容器這麼6，那麼他是如何實現這一切的呢？
還是回到餐館那個例子，做菜的話就需要與原材料和菜譜，同樣的IOC容器想要管理各個業務對象以及他們之間的依賴關係，就需要通過某種途徑來記錄和管理這些信息，而BeanDefinition對象就承擔了這個責任。IOC容器中每一個Bean都會有一個對應的BeanDefinition實例，該實例負責保存bean對象的所有必要信息，包括Bean對象的class類型，是否是抽象類，構造方法和參數，以及其他屬性等，這裏的BeanDefinition就相當於原材料。而BeanDefinitionRegistry對象和BeanFactory對象就相當於菜譜，告訴我們如何將原材料加工成相應的菜餚。
下面我們就來看看這些比較核心的類和接口。
| 類 | 作用 |
|---|---|
| BeanFactory | BeanFactory接口主要包括了getBean,containsBean,getAllases等方法，作用是操作Bean |
| BeanDefinitionRegistry | BeanDefinitionRegistry接口抽象出了Bean的註冊邏輯，其主要包括了registerBeanDefinition，removeBeanDefinition，getBeanDefinition等方法 |
| ConfigurableListableBeanFactory | ConfigurableListableBeanFactory接口包括了getBeanDefinition等方法，可以獲取BeanDefinition實例 |
| DefaultListableBeanFactory | DefaultListableBeanFactory類同時實現了ConfigurableListableBeanFactory接口和BeanDefinitionRegistry接口，說明其承擔了Bean的註冊和管理工作 |
| BeanDefinition | BeanDefinition接口是用來存儲Bean對象的必要信息，包括Bean對象的class類型，是否是抽象類，構造方法和參數，依賴關係，以及其他屬性等 |
| PropertyValue | 這個類就是具體存放Bean對象的屬性信息以及其依賴信息 |
認識上面的幾個核心接口和類，對我們下面看Bean的啓動過程和實例化過程有很大的幫助。
需要說明的是，在Spring中，ApplicationContext是IOC容器的承載體，而BeanFactory是操作這個容器的工具，兩者關係緊密，相互協作，refresh方法實現了ApplicationContext和BeanFactory相互協作的過程，不同之處主要在於子類 AbstractRefreshableApplicationContext 和 GenericApplicationContext 中實現，兩者使用的 BeanFactory 都爲 DefaultListableBeanFactory,它構建在BeanFactory之 上，屬於更⾼級的容器，除了具有BeanFactory的所有能⼒之外，還提供對事件監聽機制以及國際化的⽀持等。它管理的bean，在容器啓動 時全部完成初始化和依賴注⼊操作。
IOC容器的啓動過程
介紹完了IOC容器的核心類和要點，接下來我們看看IOC容器的啓動過程，其啓動過程主要有如下三個步驟：
1. 資源定位，找到配置文件
這裏定位資源有兩種方式，一種是通過ClassPathXmlApplicationContext類來解析Spring的配置文件的形式，就是通過配置文件來定義Bean的情況，另外，一種情況就是通過註解的方式來定義Bean的情況，這種情況是通過AnnotationConfigApplicationContext類解析的，主要是掃描項目的classPath下定義的註解。下面我們首先介紹下通過ClassPathXmlApplicationContext。這個類的核心作用是作爲一個解析Xml的入口，其調用鏈是： ClassPathXmlApplicationContext類的構造器
------>AbstractApplicationContext類的refresh方法
----->調用AbstractRefreshableApplicationContext類的refreshBeanFactory方法
---->XmlWebApplicationContext類的loadBeanDefinitions方法
----> AbstractBeanDefinitionReader類的loadBeanDefinitions方法
---->XmlBeanDefinitionReader類的loadBeanDefinitions方法
---->XmlBeanDefinitionReader類的doLoadBeanDefinitions方法
---->XmlBeanDefinitionReader類的registerBeanDefinitions方法
---->DefaultBeanDefinitionDocumentReader類的registerBeanDefinitions方法
調用層次很深，我們就直接跳到核心的方法來看。下面我們就來看看registerBeanDefinitions方法
@Override
public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) {
this.readerContext = readerContext;
logger.debug("Loading bean definitions");
//讀取XML文件
Element root = doc.getDocumentElement();
//載入並註冊BeanDefinition
doRegisterBeanDefinitions(root);
}
然後，registerBeanDefinitions方法只是讀取到根節點root之後，就另外一個核心方法doRegisterBeanDefinitions方法，然後，doRegisterBeanDefinitions方法又把邏輯轉給了parseBeanDefinitions方法，這個parseBeanDefinitions方法首先獲取所有的子節點 ，然後遍歷解析子節點，載入BeanDefinition又交給了parseDefaultElement方法和parseCustomElement方法。
protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
//獲取子節點
NodeList nl = root.getChildNodes();
for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
Node node = nl.item(i);
if (node instanceof Element) {
Element ele = (Element) node;
if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {
//解析節點
parseDefaultElement(ele, delegate);
}
else {
delegate.parseCustomElement(ele);
}
}
}
}
else {
delegate.parseCustomElement(root);
}
}
2.BeanDefinition的載入和解析，將配置文件解析成BeanDefiniton
說完了配置文件的解析之後，接下來，我們來看看BeanDefinition的載入和解析。我們直接找到parseDefaultElement方法。
private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
//省略部分非核心代碼
//如果節點是bean節點，說明是一個Bean
else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) {
processBeanDefinition(ele, delegate);
}
}
這個方法按照節點名，調用不同的處理方法，在此處我們只看節點爲bean時調用的方法processBeanDefinition方法。
protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele);
if (bdHolder != null) {
bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder);
try {
// Register the final decorated instance.(註冊BeanDefinition)
BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());
}
catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
getReaderContext().error("Failed to register bean definition with name '" +
bdHolder.getBeanName() + "'", ele, ex);
}
// Send registration event.
getReaderContext().fireComponentRegistered(new BeanComponentDefinition(bdHolder));
}
}
我們重點看BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());這個方法，這個方法纔是真正的將傳入BeanDefinitionRegistry類，載入並解析BeanDefinition，然後對BeanDefinition進行註冊。
3. BeanDefinition的註冊，將BeanDefinition向Map中註冊beanDefinitionMap
接下來就到了我們的重頭戲，註冊BeanDefinition到beanDefinitionMap中，其中key就是Bean的id,其中beanDefinitionMap是一個定義在DefaultListableBeanFactory類中全局的線程安全的map，用於存放解析到的BeanDefinition。
private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<String, BeanDefinition>(256);
讓我們來看看registerBeanDefinition方法吧,這個方法核心的步驟有兩步：
- 根據傳入的beanName檢查beanDefinition是否存在，如果存在就是一系列的校驗，主要是保證BeanDefinition的單例性，就是說IOC容器中每個Bean的實例時單例的。
- 將傳入的
beanDefinition實例放到beanDefinitionMap中。
public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
throws BeanDefinitionStoreException {
if (hasBeanCreationStarted()) {
// Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
//加鎖，保證線程安全
synchronized (this.beanDefinitionMap) {
// 將beanDefinition值設置到beanDefinitionMap中
this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<String>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
updatedDefinitions.add(beanName);
this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
if (this.manualSingletonNames.contains(beanName)) {
Set<String> updatedSingletons = new LinkedHashSet<String>(this.manualSingletonNames);
updatedSingletons.remove(beanName);
this.manualSingletonNames = updatedSingletons;
}
}
}
else {
// Still in startup registration phase，將beanDefinition值設置到beanDefinitionMap中
this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
this.beanDefinitionNames.add(beanName);
this.manualSingletonNames.remove(beanName);
}
this.frozenBeanDefinitionNames = null;
}
小結，至此，我們對IOC容器的初始化過程就解析完了，其實其初始化過程還是比較簡單的，只是Spring的代碼結構比較深，核心代碼不好找。
Bean的實例化和依賴注入
說完了IOC容器的初始化過程，接下來，我們來看看IOC容器的實例化過程。經過上一個階段，所有Bean定義都通過BeanDefinition的方式註冊到了BeanDefinitionRegistry中。當某個請求通過容器的getBean方法請求某個對象，或者因爲依賴關係容器需要隱式的調用getBean方法時，就會觸發第二階段的活動，IOC容器首先檢查所請求的對象是否已經實例化完成，如果沒有，則會根據註冊的BeanDefinition所提供的信息實例化請求對象。併爲其注入依賴，當該對象裝配完成後，容器會立即返回給請求方法。
Bean的實例化
讓我們從前面提到的getBean方法說起，這裏的調用鏈如下：
AbstractBeanFactory類的getBean方法
----->AbstractBeanFactory類的doGetBean方法
----->AbstractBeanFactory類的createBean方法
這裏的createBean方法就是我們實例化Bean的核心方法。讓我們來看看。
protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
//獲取BeanDefinition的實現類RootBeanDefinition實例
RootBeanDefinition mbdToUse = mbd;
//獲取Bean的Class對象，用於後面生成實例
Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
if (resolvedClass != null && !mbd.hasBeanClass() && mbd.getBeanClassName() != null) {
mbdToUse = new RootBeanDefinition(mbd);
mbdToUse.setBeanClass(resolvedClass);
}
//創造一個Bean的實例
Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
if (bean != null) {
return bean;
}
}
後面的調用鏈是
AbstractAutowireCapableBeanFactory類的doCreateBean方法
------->createBeanInstance方法，
------>createBeanInstance方法,
----->instantiateBean方法,
----->SimpleInstantiationStrategy類的instantiate方法.
這個instantiate方法就是包含了實例化Bean的真正邏輯
@Override
public Object instantiate(RootBeanDefinition bd, String beanName, BeanFactory owner) {
//省略部分代碼
// Don't override the class with CGLIB if no overrides.
if (bd.getMethodOverrides().isEmpty()) {
//通過反射的方式創造Bean
return BeanUtils.instantiateClass(constructorToUse);
}
else {
// Must generate CGLIB subclass.(通過CGLIB的方式生成Bean)
return instantiateWithMethodInjection(bd, beanName, owner);
}
}
看到instantiate方法我們就明白了，其實就是拿到RootBeanDefinition保存的class等信息通過反射或者CCLIB的方式來生成Bean的實例。
Bean的依賴注入
說完了Bean的實例化，接下來我們來說下Bean的依賴注入。依賴注入必須用到PropertyValue類，這個類保存了Bean的所有屬性和依賴信息。
依賴注入的調用流程是AbstractAutowireCapableBeanFactory類的applyBeanPropertyValues方法調用了applyPropertyValues方法。
讓我們來看看applyPropertyValues方法。
protected void applyPropertyValues(String beanName, BeanDefinition mbd, BeanWrapper bw, PropertyValues pvs) {
//類型轉換接口
TypeConverter converter = getCustomTypeConverter();
if (converter == null) {
converter = bw;
}
BeanDefinitionValueResolver valueResolver = new BeanDefinitionValueResolver(this, beanName, mbd, converter);
String propertyName = pv.getName();
//對於ref來說就是beanName,對於value 來說就是value
Object originalValue = pv.getValue();
Object resolvedValue = valueResolver.resolveValueIfNecessary(pv, originalValue);
boolean convertible = bw.isWritableProperty(propertyName) &&
!PropertyAccessorUtils.isNestedOrIndexedProperty(propertyName);
if (convertible) {
convertedValue = convertForProperty(resolvedValue, propertyName, bw, converter);
}
try {
//設置依賴屬性
bw.setPropertyValues(new MutablePropertyValues(deepCopy));
}
catch (BeansException ex) {
throw new BeanCreationException(
mbd.getResourceDescription(), beanName, "Error setting property values", ex);
}
}
private Object convertForProperty(Object value, String propertyName, BeanWrapper bw, TypeConverter converter) {
if (converter instanceof BeanWrapperImpl) {
return ((BeanWrapperImpl) converter).convertForProperty(value, propertyName);
}
else {
PropertyDescriptor pd = bw.getPropertyDescriptor(propertyName);
MethodParameter methodParam = BeanUtils.getWriteMethodParameter(pd);
return converter.convertIfNecessary(value, pd.getPropertyType(), methodParam);
}
}
其中TypeConverter 類型轉化接口，將傳入的值轉化爲其需要的類型。
SimpleTypeCoverter 是TypeConverter接口的一個實現。其依賴於java.beans中的PropertyEditor,其類似於java GUI中的編程，例如：拖拽一個button, 然後，設置其顏色，長度，寬度，這些都屬於button的屬性，在java.beans中將這些抽象成了一個PropertyEditor 接口。 setAsText(), 例如button 的高度，值是什麼跟屬性的類型密切相關。
總結
本文主要介紹了IOC容器的核心概念，以及其啓動過程。然後，就是介紹了Bean的實例化過程，熟悉IOC容器我們需要先了解清楚其核心的幾個接口，例如：BeanFactory接口，BeanDefinitionRegistry接口等。IOC容器的啓動過程無非就是解析配置文件，將屬性值存放到BeanDefinition中。Bean的實例化是通過反射或者CGLIB的方式來的。Bean中的屬性是存放在PropertyValue中。